JP3309809B2 - Metal surface level control method in continuous casting machine - Google Patents
Metal surface level control method in continuous casting machineInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼、その他金属
類の連続鋳造を行うに際して、モールド内における溶融
金属の湯面レベルを制御する方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling the level of molten metal in a mold during continuous casting of steel and other metals.
【０００２】[0002]
【従来の技術】連続鋳造においては、モールド内の湯面
レベルが変動すると、パウダー或いは気泡の巻込み等を
生じ、表面疵や内面欠陥が発生したり、或いは、ブレー
クアウト等の操業トラブルの要因となる場合がある。そ
のため、湯面レベルを一定に保つべく、γ線レベル計や
渦流レベル計等の湯面レベル計を用いて湯面レベルを検
出し、ＰＩＤ調節計によりスライディングノズルやスト
ッパーの開度を調整し、モールド内への溶融金属の流入
流量を調節する方法が一般的に用いられている。2. Description of the Related Art In continuous casting, if the level of molten metal in a mold fluctuates, powder or air bubbles may be entrained, causing surface flaws or internal defects, or causing operational troubles such as breakout. It may be. Therefore, in order to keep the level of the metal level constant, the level of the metal level is detected using a level gauge such as a γ-ray level meter or an eddy current level meter, and the opening of the sliding nozzle or stopper is adjusted by a PID controller, A method for adjusting the flow rate of molten metal into the mold is generally used.
【０００３】また、流量特性変化を補償し、制御ループ
のループゲインを一定にする方法として、例えば特開平
４−２６２８２５号が提案されている。この特開平４−
２６２８２５号で提案された方法は、図３に示す制御ブ
ロックのように、湯面計１での検出値と湯面レベル目標
値との偏差が入力されるＰＩ制御器２から出力されるス
トッパー３の開度指令によりストッパー制御装置４が作
動してストッパー３が駆動され、モールド５への溶融金
属の流入量を制御するものであり、ゲイン調節器６には
湯面計１からの湯面レベルと、ストッパー制御装置４か
らのストッパー開度の計測値が入力されて夫々の変動の
比が演算され、これを所定時間平均して溶融金属流出ゲ
インとし、この溶融金属流出ゲインから得られるゲイン
変動量により、前記ストッパー３への開度指令を補償す
るものである。なお、図３中の７は、湯面レベルの目標
値設定器である。As a method of compensating for a change in the flow characteristic and keeping the loop gain of the control loop constant, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-262825 has been proposed. This Japanese Unexamined Patent Publication No.
Method proposed in Patent 262825, as the control block shown in FIG. 3, a stopper 3 which is output from the PI controller 2 the deviation between the detected value and the molten metal surface level target value for a hot water level gauge 1 is input In response to the opening degree command, the stopper control device 4 operates and the stopper 3 is driven to control the amount of molten metal flowing into the mold 5. And the measured value of the stopper opening degree from the stopper control device 4 is input, and the ratio of the respective fluctuations is calculated. The calculated ratio is averaged for a predetermined time to obtain the molten metal outflow gain, and the gain fluctuation obtained from the molten metal outflow gain is obtained. The opening command to the stopper 3 is compensated by the amount. In addition, 7 in FIG. 3 is a target value setting device of the molten metal level.
【０００４】更に、特開平４−２６２８２５号のような
ＰＩＤ制御とは別に、外乱に対する補償制御を行う方法
が特開平３−１６４２４７号で提案されている。この特
開平３−１６４２４７号で提案された方法は、図４に示
す制御ブロックのように、モールドへ流入する基準流量
に、ノズル詰まり、ノズル溶損、鋳込み温度変化等の影
響による外乱流量の加算量を加算した後の総流入流量を
積分してモールドの湯面レベルとなるモデルを作成し、
該モデルから予想される湯面レベルと、実際の湯面レベ
ルが一致するように、両者の誤差を、該モデルにおける
湯面レベル、基準流量及び外乱流量の各項へ逐次フィー
ドバックする演算を行い、該演算過程において推定され
る基準流量及び外乱流量からモールド内への流入流量を
検出するものであり、一般的に外乱オブザーバ制御とい
われている。Further, in addition to PID control as disclosed in JP-A-4-262825, a method of performing compensation control for disturbance has been proposed in JP-A-3-164247. The way this has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-164247, as the control block shown in FIG. 4, the reference flow rate flowing into the mold, nozzle clogging, nozzle erosion, addition of the disturbance flow due to the effect of casting temperature change Integrate the total inflow flow rate after adding the amount to create a model that will be the mold level of the mold,
An operation for sequentially feeding back the error between the two to the terms of the level of the model, the reference flow rate, and the disturbance flow rate so that the level of the expected level from the model and the actual level of the level match, It detects the inflow flow rate into the mold from the reference flow rate and disturbance flow rate estimated in the calculation process, and is generally called disturbance observer control.
【０００５】また、特開平３−１６４２４７号で提案さ
れた方法と同様に、図５に示す制御ブロックのように、
スライディングノズルの応答特性を模擬した制御系のモ
デルを設け、該モデルによって得られる応答出力と、実
際のスライディングノズルの開度を比較し、その差に応
じて制御系を補正する方法が実開昭６３−６６５５３号
に開示されている。[0005] Similar to the method proposed in JP-A-3-164247, as the control block shown in FIG. 5,
A method of providing a control system model simulating the response characteristics of a sliding nozzle, comparing the response output obtained from the model with the actual opening of the sliding nozzle, and correcting the control system according to the difference is disclosed in No. 63-66553.
【０００６】また、特開平６−７９４２３号では、湯面
レベル変動を引起こす外乱から、湯面レベル制御出力ま
での伝達関数の大きさを所望の周波数域で小さくするた
めの第１の重み関数と、前記外乱からこの外乱が加わる
手前までの伝達関数の大きさを所望の周波数域で小さく
するための第２の重み関数を夫々設定し、これらと制御
出力、制御操作量、並びに外乱推定値を状態変数とし
て、状態方程式並びに出力方程式を記述し、これらに対
してＨ無限大制御理論を適用することにより、フィード
バック演算信号を求め、これと外乱量を打ち消すための
補正信号の和を、モールドへの溶融金属の流入量を制御
するアクチュエータに加えるものである。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-79423, a first weighting function is used to reduce the magnitude of a transfer function from a disturbance that causes a change in the level of the molten metal to a control output of the molten metal in a desired frequency range. And a second weighting function for reducing the magnitude of the transfer function from the disturbance to just before the disturbance is added in a desired frequency range, respectively, and a control output, a control operation amount, and a disturbance estimation value. Is described as a state variable, a state equation and an output equation are described. By applying the H-infinity control theory to these, a feedback operation signal is obtained, and the sum of the feedback operation signal and a correction signal for canceling the amount of disturbance is molded. This is added to an actuator that controls the amount of molten metal flowing into the actuator.
【０００７】また、特開昭５４−１５３６６３号では、
渦流式湯面計の出力をバンドパスフィルターに入力して
ノイズ信号を抽出し、これと湯面計出力を加算すること
によって、ノイズ信号を除去した出力信号を得る方法が
開示されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-153663,
A method is disclosed in which an output of an eddy current level meter is input to a bandpass filter to extract a noise signal, and the output is added to the output of the level meter to obtain an output signal from which the noise signal has been removed.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、モールド内
の溶融金属はモールド下部から冷却されながら引抜かれ
る一方、スライディングノズルを通して流入する半流動
性の液体であり、流入量或いは流出量の変化による外乱
を受けて、微妙な波打ち現象がモールド内の湯面に発生
することがある。この波打ちの基本周波数は、溶融金属
の粘性・比重、流量及びモールドの形状・大きさによっ
て異なるが、一般的には０．５〜１．０Ｈｚ周辺の周波
数成分をもっていることが多い。Meanwhile, the molten metal in the mold is a semi-fluid liquid flowing through a sliding nozzle while being drawn from the lower part of the mold while being cooled. As a result, a subtle waving phenomenon may occur on the surface of the molten metal in the mold. The fundamental frequency of the waving varies depending on the viscosity and specific gravity of the molten metal, the flow rate, and the shape and size of the mold, but generally has a frequency component of about 0.5 to 1.0 Hz.
【０００９】一方、一般的なＰＩＤ制御においては、ノ
ズル詰まりや鋳片引抜き速度の変更等の外乱に対して早
い応答を要求されているので、できるだけ応答周波数を
高く設定し、また、湯面レベル計や、スライディングノ
ズル或いはストッパーを駆動する油圧シリンダの駆動装
置についても、高応答タイプのものが多く使われてい
る。On the other hand, in general PID control, a quick response to disturbances such as nozzle clogging and a change in slab withdrawal speed is required. Therefore, the response frequency is set as high as possible, A high-response type driving device is also widely used as a hydraulic cylinder driving device for driving a gauge or a sliding nozzle or a stopper.
【００１０】しかるに、モールド内の湯面に波打ちが生
じた場合、湯面レベル計では湯面全体の均一な変化とし
て検出するので、これに追随して溶融金属の流入流量が
調整されてしまう。その結果、波打ちを抑制することに
はならず、かえって助長すると言う弊害がある。従っ
て、調節計の応答特性を向上させる目的で制御ゲインを
高く設定すると、かえって波打ちを助長し、ハンチング
が生じて湯面変動が大きくなってしまう結果になる。However, when the surface of the molten metal in the mold is wavy, the molten metal level is detected as a uniform change in the entire surface of the molten metal, and the flow rate of the molten metal is adjusted accordingly. As a result, it is not possible to suppress the undulation, but rather to promote the undulation. Therefore, if the control gain is set high for the purpose of improving the response characteristics of the controller, the waving is rather promoted, hunting occurs, and the fluctuation of the molten metal level becomes large.
【００１１】つまり、制御系の外乱応答を上げること
と、波打ちに対する感度を鈍くすることは二律背反する
関係にある。この問題は前記した特開平４−２６２８２
５号で提案された方法では、基本的に何ら解消されない
問題である。また、特開平３−１６４２４７号で提案さ
れた方法や、実開昭６３−６６５５３号で提案された方
法も、モールド内の湯面に波打ちが発生すると、これを
外乱による湯面全体の変動と区別できないため、結果と
して、不必要な補償出力が出され、かえって湯面の波打
ちを助長する結果となる。That is, raising the disturbance response of the control system and lowering the sensitivity to waving are in a trade-off relationship. This problem is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-26282.
The method proposed in No. 5 is basically a problem that cannot be solved at all. Also, the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-164247 and the method proposed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 63-66553 also disclose that when the surface of the mold in the mold is wavy, this causes the fluctuation of the entire surface of the mold due to disturbance. Since they cannot be distinguished, as a result, an unnecessary compensation output is output, which results in promoting the undulation of the molten metal surface.
【００１２】これに対して、特開平６−７９４２３号で
提案された方法では、外乱応答性と高周波ノイズに対す
る感度の二律違反する命題に対して、外乱とノイズを周
波数領域で分離し、両者に対する応答特性を適正にバラ
ンスする状態を数理的に求める手法を提供しているが、
前記したように、波打ち周波数は一般に０．５〜１．０
Ｈｚと比較的低いので、これに対する感度を低く設定す
ると外乱応答についても低くなってしまい、顕著な効果
は期待できない。On the other hand, in the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-79423, disturbance and noise are separated in the frequency domain for a proposition that violates the law of disturbance response and sensitivity to high-frequency noise. Provides a method to mathematically obtain a state that properly balances the response characteristics to
As described above, the waving frequency is generally 0.5 to 1.0.
Hz, which is relatively low, so that if the sensitivity to this is set low, the disturbance response will also be low, and a remarkable effect cannot be expected.
【００１３】また、特開昭５４−１５３６６３号で提案
された方法では、波打ち周波数が特定できる場合には、
適正なバンドパスフィルターにより波打ちの成分を除去
できるので、相応の効果は期待できると考えられる。し
かしながら、溶融金属は半流動状態であり、波打ちその
ものが複雑なメカニズムによって生じるものであるか
ら、その周波数の特定が難しく、実際には、顕著な効果
は期待できない。In the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-153663, when the waving frequency can be specified,
Since an undulating component can be removed by a proper band-pass filter, a corresponding effect can be expected. However, since the molten metal is in a semi-fluid state and the undulation itself is caused by a complicated mechanism, it is difficult to specify the frequency, and in fact, a remarkable effect cannot be expected.
【００１４】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、外乱による湯面レベルの大きな変
動はもとより、波打ちによる湯面の微小な変動をも効果
的に抑制することができる連続鋳造機における湯面レベ
ル制御方法を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and effectively suppresses not only large fluctuations in the molten metal level due to disturbance but also minute fluctuations in the molten metal level due to waving. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the level of a molten metal in a continuous casting machine.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る連続鋳造機における湯面レベル制
御方法では、フィードバック制御の前段に非線形補償要
素を設けると共に、前記フィードバック制御系以外の補
償制御の制御出力を、別の非線形補償要素に入力した後
に、この非線形補償要素の制御出力を、補償出力として
使用することとしている。そして、湯面の変動幅が極め
て小さい場合は、制御ゲインを低め或いは零に設定し、
また、過大な湯面変動が生じた場合には、制御ゲインを
高めに設定しておけば、全体として波打ちに対する感度
は最大限低く抑えつつ、外乱による大きな湯面変動に対
しては制御の安定性を損なうことなく高応答性を確保す
ることができる。In order to achieve the above-mentioned object, in a method for controlling a metal surface level in a continuous casting machine according to the present invention, a non-linear compensation element is provided at a stage prior to feedback control, and a system other than the feedback control system is provided. Complement
After inputting the control output of compensation control to another nonlinear compensation element
The control output of this nonlinear compensation element is used as the compensation output
I am going to use it. And when the fluctuation range of the molten metal level is extremely small, the control gain is set low or set to zero,
In addition, if an excessive level change occurs, the control gain can be set to a higher value, and the sensitivity to undulation can be kept as low as possible as a whole, while the control can be stabilized against a large level change due to disturbance. High responsiveness can be secured without impairing the responsiveness.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明者は、ノズル詰まりや引抜
き速度の変化等の外乱のない状態で制御出力を保持した
場合、すなわち、モールドからの流出流量及びモールド
内への流入流量を一定に保持した場合には、波打ちは自
然に解消し、湯面は穏やかになることを知見している。
つまり、モールドにおける溶融金属の流入流出量に何ら
かの変化があると、これが起点となって波打ちが発生
し、湯面の制御出力が変化して流入流量が変化すること
になり、その結果、波打ちが助長される現象が生ずるも
のと考えられる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventor maintains a control output in a state where there is no disturbance such as a nozzle clogging or a change in a drawing speed, that is, to keep the outflow flow rate from the mold and the inflow flow rate into the mold constant. It has been found that when held, the undulations naturally resolve and the surface of the bath becomes calm.
In other words, if there is any change in the inflow / outflow amount of the molten metal in the mold, this will be the starting point, and undulation will occur, the control output of the molten metal level will change, and the inflow flow rate will change. It is considered that a phenomenon that is promoted occurs.
【００１７】そこで、本発明では、フィードバック制御
の前段に非線形補償要素を設け、モールド内における湯
面の変動幅が極めて小さい場合は、制御ゲインを低め或
いは零に設定することで制御による波打ちの助長を極力
少なくし、一方、過大な湯面変動が生じた場合には、制
御ゲインを高めに設定して高速修正が可能なようにし、
全体として波打ちに対する感度は最大限低く抑えつつ、
外乱による大きな湯面変動に対しては高応答性を確保で
きるようにした。Therefore, in the present invention, a nonlinear compensating element is provided before the feedback control, and when the fluctuation range of the molten metal level in the mold is extremely small, the control gain is reduced or set to zero to promote the waving by the control. As much as possible, while in the case of excessive fluctuations in the molten metal level, the control gain is set higher to enable high-speed correction,
As a whole, the sensitivity to waving is kept as low as possible,
High responsiveness can be ensured for large fluctuations in the molten metal level due to disturbances.
【００１８】すなわち、本発明に係る連続鋳造機におけ
る湯面レベル制御方法は、連続鋳造機のモールド内にお
ける溶融金属の湯面レベルを検出し、湯面レベル設定値
との偏差に応じてモールドへの溶融金属の流入流量を調
節し、湯面レベルを一定に保つために、フィードバック
制御系以外に外部からの補償制御を行う湯面レベル制御
方法において、湯面レベル設定値と、湯面レベル検出値
との偏差を、偏差の小さい時に低ゲイン特性となる非線
形補償要素に入力し、この非線形補償要素の制御出力
を、前記偏差に応じて変更するフィードバック制御する
と共に、前記フィードバック制御系以外の補償制御の制
御出力を、別の非線形補償要素に入力した後に、この非
線形補償要素の制御出力を、補償出力として使用するも
のである。[0018] That is, molten metal surface level control method in a continuous casting machine according to the present invention detects the molten metal surface level of molten metal in the mold of the continuous casting machine, the mold in accordance with the deviation between molten metal surface level setpoint In order to adjust the flow rate of molten metal into the furnace and to maintain the level of the molten metal at a constant level, in the level control method that performs compensation control from outside in addition to the feedback control system, the level setting level and the level The deviation from the detected value is input to a non-linear compensation element having a low gain characteristic when the deviation is small, and the control output of this non-linear compensation element is subjected to feedback control to be changed according to the deviation, and other than the feedback control system. After the control output of the compensation control is input to another nonlinear compensation element, the control output of this nonlinear compensation element is used as a compensation output.
【００１９】上記した本発明に係る連続鋳造機における
湯面レベル制御方法において、フィードバック制御とし
ては、比例・積分・微分要素で構成される制御要素の
組み合わせであるＰＩＤ制御、基本的にはＰＩＤ制御
の形であり、理論演算により各要素の制御ゲインを決定
する最適レギュレータ制御やＨ無限大制御、制御対象
と等価なモデルを設け、実機と制御モデルの検出値の差
に応じて制御出力を変化させるモデル追従制御、偏差
に応じて制御を入り切りするｏｎ−ｏｆｆ制御、等が採
用される。また、前記したＰＩＤ制御を採用する場合、
比例要素、積分要素、微分要素の各々に、独立に非線形
補償要素を与えることも可能である。In the above-described method for controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention, as the feedback control, PID control, which is a combination of control elements composed of proportional, integral, and differential elements, is basically PID control. The optimal regulator control that determines the control gain of each element by theoretical calculation, H infinity control, and a model equivalent to the control target are provided, and the control output changes according to the difference between the detected value of the actual machine and the control model. Model following control, on-off control for turning the control on and off in accordance with the deviation, and the like. When the above-described PID control is adopted,
It is also possible to independently apply a nonlinear compensation element to each of the proportional element, the integral element, and the differential element.
【００２０】また、上記した本発明に係る連続鋳造機に
おける湯面レベル制御方法における非線形補償要素とし
ては、図２（ａ）（ｂ）に示す不感帯要素、図２（ｃ）
に示す非線形要素、図２（ｄ）に示す高次関数要素のい
ずれかが採用される。このうち不感帯要素を採用する場
合には、制御偏差が小さい場合に制御ゲインを零にし、
制御出力が出ないようにするのである。このようにする
ことで、湯面の波打ち等の外乱が生じた場合にも、必要
以上に制御出力が出るのを防ぐことができる。The non-linear compensation elements in the method for controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention include dead zone elements shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) and FIG. 2 (c).
Nonlinear elements shown in, any of the high order function elements shown in FIG. 2 (d) is employed. When the dead zone element is used, the control gain is set to zero when the control deviation is small,
The control output is not output. By doing so, it is possible to prevent the control output from being generated more than necessary even when disturbance such as waving of the molten metal surface occurs.
【００２１】また、非線形要素を採用する場合には、制
御偏差が小さい場合に制御ゲインを零若しくは小さくす
ることにより、不感帯要素を採用した場合と同様の効果
を期待することができる。制御ゲインを零以外の小さい
値にした場合、外乱の影響による制御出力は完全に零と
はならず、少量ながら外乱に影響されることになるが、
反面、常にフィードバック制御が働くために湯面の平均
的なずれや、０．１Ｈｚオーダー以下の非常に低周波の
変動に対して制御が動作し、湯面の平均的な変動が抑え
られる利点がある。反対に、制御偏差が大きい場合に、
制御ゲインをより大きくすることにより、過大な湯面変
動が生じた場合に応答性をあげる効果が期待できる。以
上により、外乱に比較的鈍感で湯面の大きな変動には従
来以上に敏感な制御が実現できるようになる。When a non-linear element is adopted, by setting the control gain to zero or small when the control deviation is small, the same effect as when the dead zone element is adopted can be expected. If the control gain is set to a small value other than zero, the control output due to the influence of the disturbance will not be completely zero, and will be affected by the disturbance in a small amount.
On the other hand, since the feedback control always works, the control operates for the average deviation of the molten metal level and the fluctuation of very low frequency of 0.1 Hz order or less, and the average fluctuation of the molten metal level is suppressed. is there. Conversely, when the control deviation is large,
By increasing the control gain, it is possible to expect an effect of increasing the responsiveness when an excessive fluctuation of the molten metal level occurs. As described above, control that is relatively insensitive to disturbance and more sensitive to large fluctuations in the molten metal level than before can be realized.
【００２２】また、高次関数要素を採用する場合には、
基本的な効果は非線形要素を採用した場合と等価であ
る。但し、制御ゲイン、すなわち、曲線の勾配が滑らか
な曲線になるため、制御偏差の変化に対して制御出力の
変化率が過大にならず、円滑な制御出力の変更が期待で
きることになる。これにより、湯面変動の抑制効果が期
待される。When a higher-order function element is used,
The basic effect is equivalent to the case where a non-linear element is adopted. However, since the control gain, that is, the slope of the curve is a smooth curve, the rate of change of the control output does not become excessive with respect to the change of the control deviation, and a smooth change of the control output can be expected. Thereby, the effect of suppressing the fluctuation of the molten metal level is expected.
【００２３】上記した本発明に係る連続鋳造機における
湯面レベル制御方法における、外部からの補償は、外
乱の影響による湯面検出後、差分を何らかの方法で検出
し、湯面センサー検出値から差し引いたり、或いは、制
御目標の変化や状態変化に応じて制御出力を直接変更さ
せる、狭義のフィードフォワード補償や、制御出力と
湯面検出値から外乱を推定し、外乱を打ち消すべく制御
出力を変化させる外乱オブザーバ補償、等が採用され
る。なお、狭義のフィードフォワード補償としては、モ
ールドオシレーションによる湯面センサーへの外乱を補
償するように、湯面センサーの出力からオシレーション
による影響分を差し引くオシレーション補償、引抜き速
度の変化に応じて制御出力を直接変化させる引抜き速度
補償、目標値の変化率を演算し、直接制御出力を変化さ
せる制御目標値の微分補償等がある。In the above-described method for controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention, the compensation from the outside is performed by detecting the level of the molten metal due to the influence of disturbance, and then detecting the difference by any method. Subtract or change the control output directly according to the change of the control target or state change.Narrow sense feed-forward compensation, and estimate the disturbance from the control output and the level of the molten metal, and change the control output to cancel the disturbance. Disturbance observer compensation, or the like. In addition, as feedforward compensation in a narrow sense, in order to compensate for disturbance to the level sensor due to mold oscillation, oscillation compensation for subtracting the influence of the oscillation from the output of the level sensor, according to the change in the drawing speed, There are drawing speed compensation for directly changing the control output, differential compensation of the control target value for directly calculating the rate of change of the target value, and directly changing the control output.
【００２４】また、上記した本発明に係る連続鋳造機に
おける湯面レベル制御方法において、例えば湯面のレベ
ル変動の平均的な振幅値を設け、振幅の大きい場合には
大きな偏差まで低ゲインとし、反対に振幅が比較的小さ
い場合には偏差が小さくても高ゲインとするように、非
線形補償要素の特性を、湯面レベルの変動幅に応じて可
変とすることも可能である。この場合、波打ちが発生し
難い条件下では、偏差の小さいうちから高ゲインが得ら
れるので、外乱に対してより高応答特性が得ることがで
きる。なお、湯面レベルの変動幅は、「振幅値」に限ら
ないことは言うまでもなく、湯面レベルの「標準偏差」
を採用しても良い。In the above-described method for controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention, for example, an average amplitude value of the fluctuation of the level of the molten metal is provided. Conversely, when the amplitude is relatively small, the characteristic of the nonlinear compensation element can be made variable in accordance with the fluctuation range of the molten metal level so that the gain is high even if the deviation is small. In this case, under the condition that the waving is hard to occur, a high gain can be obtained from the small deviation, so that a higher response characteristic to a disturbance can be obtained. It is needless to say that the fluctuation range of the bath level is not limited to the “amplitude value”, but the “standard deviation” of the bath level.
May be adopted.
【００２５】[0025]
【実施例】以下、本発明に係る連続鋳造機における湯面
レベル制御方法を図１に示す一実施例に基づいて説明す
る。図１は本発明に係る連続鋳造機における湯面レベル
制御方法の制御ブロック図である。BRIEF DESCRIPTION based on an embodiment showing a melt-surface level control method in FIG. 1 in a continuous casting machine according to the present invention. FIG. 1 is a control block diagram of a method for controlling a molten metal level in a continuous casting machine according to the present invention.
【００２６】図１において、１１は連続鋳造機のモール
ド内における溶融金属の湯面レベルを検出する湯面レベ
ル計であり、目標湯面レベル信号と、この湯面レベル計
１１によって実測された湯面レベル信号の偏差信号は、
例えば図２（ａ）に示すような不感帯要素１２に入力さ
れる。この不感帯要素１２は、前記した偏差信号が小さ
い場合に制御ゲインを零にし、制御出力が出ないように
する。In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a level gauge for detecting the level of the molten metal in the mold of the continuous casting machine. The target level signal and the level actually measured by the level gauge 11 are shown. The deviation signal of the surface level signal is
For example, input to the dead band element 12 as shown in FIG. 2 (a). The dead zone element 12 sets the control gain to zero when the deviation signal is small, so that no control output is output.
【００２７】１３は前記不感帯要素１２からの制御出力
を入力される例えばＰＩＤ調節計であり、このＰＩＤ調
節計１３では、前記制御出力に基づいて通常のＰＩＤ演
算を行い、例えばストッパー制御器１４に対してストッ
パーの位置指令値を出力する。ストッパー制御器１４
は、この位置指令値に従ってストッパーを所定位置に制
御し、このストッパーの位置と、モールドへ流入する溶
融金属流量との関係を表す湯面特性１５によって決まる
溶融金属流量を調整し、モールド内の湯面レベルを制御
する。Reference numeral 13 denotes, for example, a PID controller to which a control output from the dead zone element 12 is input. The PID controller 13 performs a normal PID calculation based on the control output, and outputs, for example, to a stopper controller 14. It outputs the position command value of the stopper. Stopper controller 14
Controls the stopper to a predetermined position in accordance with the position command value, adjusts the molten metal flow rate determined by the molten metal surface characteristic 15 representing the relationship between the position of the stopper and the molten metal flow rate flowing into the mold, and adjusts the molten metal flow in the mold. Control plane level.
【００２８】すなわち、本発明に係る連続鋳造機におけ
る湯面レベル制御方法では、常にモールド内の湯面レベ
ルを監視し、目標湯面レベル信号と、実測された湯面レ
ベル信号の偏差信号が一定値以下の低レベルで変動して
いる場合には、不感帯要素１２の働きによってＰＩＤ調
節計１３への入力信号がでないようになされている。こ
の結果、ＰＩＤ調節計１３からの出力も変化せず、モー
ルド内への流入流量も変化しないので、湯面の波打ちが
抑制されることになる。That is, in the method for controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention, the level of the molten metal in the mold is constantly monitored, and the deviation signal between the target level signal and the actually measured level is fixed. When it fluctuates at a low level below the value, the input of the signal to the PID controller 13 is prevented by the function of the dead zone element 12. As a result, the output from the PID controller 13 does not change, and the flow rate into the mold does not change, so that the waving of the molten metal surface is suppressed.
【００２９】一方、ノズル詰まりによる流入流量の突発
変位や、引抜き速度の変化などの大きな外乱が生じた場
合等、湯面変動が一定値以上になると、不感帯要素１２
の働きによってＰＩＤ調節計１３への入力信号が増加
し、制御出力が大きくなって、過大な湯面変動が抑制さ
れることになる。On the other hand, when the level change exceeds a certain value, such as when a sudden disturbance such as a sudden displacement of the inflow flow rate due to nozzle clogging or a change in drawing speed occurs, the dead zone element 12
, The input signal to the PID controller 13 increases, the control output increases, and excessive fluctuations in the molten metal level are suppressed.
【００３０】１９は前記したフィードバック制御系以外
に備えた、外部からの補償制御系、例えばフィードフォ
ワード補償装置で、本発明ではこのフィードフォワード
補償装置１９からの制御出力を、前記した不感帯要素１
２とは別の例えば不感帯要素２０に入力し、この不感帯
要素２０からの制御出力を補償出力として使用するよう
にしている。なお、前記不感帯要素２０では、フィード
フォワード補償装置１９からの制御出力が小さい場合に
は制御ゲインを零にして、制御出力が出ないようにす
る。[0030] 19 provided in addition to the feedback control system described above, compensation control system from the outside, for example, in a feed-forward compensation equipment, not sensitive to the control output, and wherein from the feed forward compensator 19 in the present invention Obi element 1
For example, the control signal is input to a dead zone element 20 different from 2 and the control output from the dead zone element 20 is used as a compensation output. In the dead zone element 20, when the control output from the feedforward compensator 19 is small, the control gain is set to zero so that no control output is output.
【００３１】ところで、前記フィードフォワード補償装
置１９としては、オシレーション補償や引抜き速度（Ｖ
Ｃ）補償、外乱オブザーバ補償等いろいろな種類のもの
が適用可能であるが、図１（ｂ）では、目標湯面レベル
信号と、ストッパー制御器２１からの制御信号に基づく
流量特性２２と、この流量特性２２から得られるノズル
の流量と、実機の湯面特性２３により得られる湯面検出
値に基づいて演算器２４で外乱流量を推定し、この推定
値をＰＩＤ調節計１３からの制御出力から差し引く外乱
オブザーバ補償を採用した例を示している。なお、図１
（ｂ）中の２５は関数発生器である。Incidentally, the feed-forward compensator 19 includes an oscillation compensator and a drawing speed (V
C) compensation, although those of various kinds disturbance observer compensation is applicable, in FIG. 1 (b), the a target molten metal surface level signal, the flow rate characteristic 22 based on the control signal from the stopper controller 21, this A disturbance flow rate is estimated by a calculator 24 based on the nozzle flow rate obtained from the flow rate characteristic 22 and the level detection value obtained by the level characteristic 23 of the actual machine, and the estimated value is calculated from the control output from the PID controller 13. 9 shows an example in which disturbance observer compensation for subtraction is adopted. It should be noted that, as shown in FIG. 1
25 in (b) is a function generator.
【００３２】このような、フィードフォワード制御で
は、実測された湯面レベル信号を用いてフィードバック
制御する方式でないため、制御の安定性を損なうことな
く応答性を改善できるものの、何らかの推定演算を行っ
ていることから、補償量が適正でないとかえって湯面の
変動を助長する場合がある。特に外乱オブザーバ制御の
場合、湯面変動から外乱を推定するループを有している
ので、ノイズあるいは湯面の波打ち等による検出値の変
動があると、これを外乱の影響と見做して制御出力を出
し、湯面の変動を更に助長する弊害がある。In such feedforward control, since the feedback control is not performed using the actually measured level signal, the responsiveness can be improved without impairing the stability of the control, but some estimation calculation is performed. Therefore, if the compensation amount is not appropriate, the fluctuation of the molten metal level may be promoted. In particular, in the case of disturbance observer control, a loop is provided for estimating disturbance from fluctuations in the level of the molten metal. There is a problem that the output is output and the fluctuation of the molten metal level is further promoted.
【００３３】しかしながら、図１に示した本発明では、
フィードフォワード補償装置１９の制御信号を不感帯要
素２０等の非線形要素に入力することで、不用な出力を
抑制することができる。[0033] However, in the present invention shown in FIG. 1,
By inputting the control signal of the feedforward compensator 19 to a non-linear element such as the dead zone element 20, unnecessary output can be suppressed.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る連続
鋳造機における湯面レベル制御方法では、湯面の微小な
波打ちが生じている場合に、不感帯、その他の非線形補
償要素によって必要以上に制御出力が出されるのを抑制
できるので、過大な制御出力による波打ちの助長を軽減
することができる。また、外乱その他の影響で湯面レベ
ルが大きく変動した場合には、それに対応して必要な制
御出力が出されるので、従来と同等の制御性能が得られ
る。さらに、湯面レベルの変動幅が特に大きい場合にあ
っては非線形要素の勾配を大きくしておけば、従来以上
に高速応答が得られる。As described above, according to the method of controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention, when a minute undulation of the molten metal is generated, the dead zone and other nonlinear compensation elements cause an unnecessary increase. Since the output of the control output can be suppressed, it is possible to reduce the promotion of waving due to the excessive control output. Further, when the molten metal level largely fluctuates due to disturbances or other influences, a necessary control output is output correspondingly, so that the same control performance as the conventional one can be obtained. Further, when the fluctuation range of the molten metal level is particularly large, a higher response can be obtained than before by increasing the gradient of the nonlinear element.
【００３５】すなわち、本発明に係る連続鋳造機におけ
る湯面レベル制御方法によれば、波打ちに対する感度は
最大限低く抑えつつ、外乱による大きな湯面変動に対し
ては高応答性を確保することができるので、連続鋳造機
におけるモールド内溶融金属の湯面レベル制御を安定し
て、かつ、高応答に行うことができる。That is, according to the method for controlling the level of the molten metal in the continuous casting machine according to the present invention, it is possible to keep the sensitivity to the waving as low as possible and to ensure the high response to the large fluctuation of the molten metal due to disturbance. Therefore, the level control of the molten metal in the mold in the continuous casting machine can be performed stably and with high response.
【図１】本発明に係る連続鋳造機における湯面レベル制
御方法の制御ブロック図であり、（ａ）は全体図、
（ｂ）はフィードフォワード補償装置の制御ブロック図
である。FIG. 1 is a control block diagram of a method for controlling a metal surface level in a continuous casting machine according to the present invention, wherein FIG.
(B) is a control block diagram of the feedforward compensator.
【図２】本発明に係る連続鋳造機における湯面レベル制
御方法における非線形補償要素の例を示した図で、
（ａ）（ｂ）は不感帯要素、（ｃ）は非線形要素、
（ｄ）は高次関数要素である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a non-linear compensation element in a method of controlling a metal surface level in a continuous casting machine according to the present invention;
(A) and (b) are dead zone elements, (c) is a nonlinear element,
(D) is a higher-order function element.
【図３】特開平４−２６２８２５号で提案された湯面レ
ベル制御方法の制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram of a molten metal level control method proposed in JP-A-4-262825.
【図４】特開平３−１６４２４７号で提案された湯面レ
ベル制御方法の制御ブロック図である。FIG. 4 is a control block diagram of a molten metal level control method proposed in JP-A-3-164247.
【図５】実開昭６３−６６５５３号に開示された湯面レ
ベル制御方法の制御ブロック図である。FIG. 5 is a control block diagram of a molten metal level control method disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-66553.
１１ 湯面レベル計 １２ 不感帯要素 １３ ＰＩＤ調節計 １４ ストッパー制御器 １５ 湯面特性 １９ フィードフォワード補償装置 ２０ 不感帯要素 ２４ 演算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Level gauge 12 Dead zone element 13 PID controller 14 Stopper controller 15 Level characteristic 19 Feedforward compensator 20 Dead zone element 24 Computing unit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−297123（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−114660（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−314911（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−174215（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−294761（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−198408（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−79423（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−251307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−114753（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−262845（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−66553（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭45−22255（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 11/18 G05B 11/36 501 G05B 13/02 G05D 9/12 Continuation of front page (56) References JP-A-6-297123 (JP, A) JP-A-11-114660 (JP, A) JP-A-10-314911 (JP, A) JP-A-9-174215 (JP) JP-A-8-294761 (JP, A) JP-A-6-198408 (JP, A) JP-A-6-79423 (JP, A) JP-A-4-251307 (JP, A) 62-114753 (JP, A) JP-A-4-262845 (JP, A) JP-A-63-166553 (JP, U) JP-B-45-22255 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B22D 11/18 G05B 11/36 501 G05B 13/02 G05D 9/12
Claims (3)
属の湯面レベルを検出し、湯面レベル設定値との偏差に
応じてモールドへの溶融金属の流入流量を調節し、湯面
レベルを一定に保つために、フィードバック制御系以外
に外部からの補償制御を行う湯面レベル制御方法におい
て、湯面レベル設定値と、湯面レベル検出値との偏差
を、偏差の小さい時に低ゲイン特性となる非線形補償要
素に入力し、この非線形補償要素の制御出力を、前記偏
差に応じて変更するフィードバック制御すると共に、前
記フィードバック制御系以外の補償制御の制御出力を、
別の非線形補償要素に入力した後に、この非線形補償要
素の制御出力を、補償出力として使用することを特徴と
する連続鋳造機における湯面レベル制御方法。1. A molten metal level in a mold of a continuous casting machine is detected, a flow rate of the molten metal flowing into the mold is adjusted in accordance with a deviation from a molten metal level set value, and the molten metal level is kept constant. In the level control method which performs compensation control from outside in addition to the feedback control system in order to maintain the level, the deviation between the level setting value and the level detection value is low gain characteristic when the deviation is small. Input to the non-linear compensation element, the control output of this non-linear compensation element, while performing feedback control to change according to the deviation, the control output of the compensation control other than the feedback control system,
A method for controlling the level of a molten metal in a continuous casting machine, wherein a control output of the nonlinear compensation element is used as a compensation output after being input to another nonlinear compensation element.
次関数のいずれかであることを特徴とする請求項１記載
の連続鋳造機における湯面レベル制御方法。2. A nonlinear compensating element, dead band, nonlinear, molten metal surface level control method in claim 1 Symbol placement of a continuous casting machine, characterized in that either a high-order function.
変動幅の関数として与えることを特徴とする請求項２記
載の連続鋳造機における湯面レベル制御方法。3. The method according to claim 2 , wherein the characteristic of the non-linear compensation element is given as a function of the fluctuation range of the metal level.
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